CC BY
73
Науковий вкник НЛТУ УкраТни Scientific Bulletin of UNFU http://nv.nltu.edu.ua https://doi.org/10.15421/40280222
Article received 21.03.2018 р. Article accepted 29.03.2018 р.
УДК 621.643
ISSN 1994-7836 (print) ISSN 2519-2477 (online)
@ El Correspondence author L. Ya. Poberezhny [email protected]
С. С. Трегубенко1, Р. В. Кубаль2, Л. Я. Побережний3, В. Б. Запухляк3
1 Центральний науково-до^дний тститут Збройних Сил Украгни, м. Кигв, Украгна
2 Тил Збройних Сил Украгни, м. Кигв, Украгна 31вано-Франювський нацюнальний техтчний утверситет нафти i газу, м. 1вано-Франювськ, Украгна
РИЗИКИ ТРАНСПОРТУВАННЯ ЕНЕРГОНОСНВ У ЗОНАХ В1ЙСЬКОВИХ Д1Й
Обсяг економшчних збитюв вщ еколопчних катастроф, спричинених техногенними аварiями тд час бойових дш, часто досить важко тдрахувати. Здебшьшого дешевше i технологiчно простiше вщновити населений пункт або пiдприeмство в новому мюи. Вiдповiдно до норм чинного законодавства технолопчний тероризм - це злочини, якi вчиняють з терористич-ною метою iз застосуванням ядерно!, хiмiчноi', бактерюлопчно! (бюлопчно!) та шшо! збро! масового ураження або компонента, iнших шкiдливих речовин для здоров'я людей. Залежно вщ характеру походження подiй, що можуть зумовити ви-никнення надзвичайних ситуацш на територп Укра'ни, визначають таю види надзвичайних ситуацш: а) техногенного характеру; б) природного характеру; в) сощального характеру; г) военного характеру. Розроблено тдходи, яю покликан спрости-ти прогнозування експлуатацiйних ризиюв та забезпечити коректну оцiнку залишкового ресурсу нафтогазопроводiв, якi експлуатують в умовах бойових дш. За результатами проведених випробовувань, Грунтуючись на юнетичних кривих дефор-мацп та користуючись розробленою методикою, визначено областi низькочастотно! корозшно! втоми для основного металу та зварного з'еднання трубопроводiв. Запропонований споаб потребуе подальшого вдосконалення у плат комплексного прогнозування живучостi, залишкового ресурсу та експлуатацшних ризикiв.
Кл^чов^ слова: надзвичайна ситуащя; основний метал; зварне з'еднання; корозивне середовище.
Вступ. Обсяг eK0H0Mi4Hm збитк1в вiд еколопчних катастроф, спричинених техногенними аварiями тд час бойових дiй, часто досить важко тдрахувати. Здебшьшого дешевше i технолопчно простiше вiдновити населений пункт або тдприемство в новому мкп, нiж ре-культивувати територш, що постраждала вiд техноген-но! аварп, спричинено! бойовими дiями. Так природно-господарсьш об'екти, як шахти, кар'ери, греблi, канали, здебшьшого взагалi не пiдлягають вiдновленню. За ци-ми характеристиками можемо порiвнювати екологiчнi наслiдки бойових дiй на Донбаа з нaслiдкaми застосу-вання тактично! ядерно! збро! або Чорнобильсько! ка-тастрофи. Одним iз елеменпв гiбридно! вiйни е технолопчний тероризм. Ф. Хоффман визначае пбридну вiйну у виглядi будь-яких дш ворога, який миттево i злагоджено використовуе складну комбiнaцiю - дозво-лену зброю, партизанську вiйну, тероризм i злочинну поведiнку на полi бою, щоб домогтися полiтичних щ-лей (Hybrid, 2009). Вiдповiдно до норм чинного законодавства технолопчний тероризм - це злочини, яш вчиняють з терористичною метою iз застосуванням ядерно!, хiмiчно!, бактерюлопчно! (бiологiчно!) та iншо! збро! масового ураження або компоненпв, шших шкщ-ливих речовин для здоров'я людей, речовин, зaсобiв
електромагнiтно! дп, комп'ютерних систем 1 комушка-цшних мереж, включаючи захоплення, виведення з ладу 1 руйнування потенцшно небезпечних об'екпв, як1 прямо чи опосередковано створили або загрожують ви-никненням надзвичайно! ситуацп внаслщок цих дш та становлять небезпеку для персоналу, населення та дов-к1лля; створюють умови для аварш 1 катастроф техногенного характеру.
Залежно ввд характеру походження подш, що можуть зумовити виникнення надзвичайних ситуацш на територп Укра!'ни, визначають так1 види надзвичайних ситуацш: а) техногенного характеру; б) природного характеру; в) сощального характеру; г) военного характеру.
Надзвичайна ситуащя техногенного характеру - по-рушення нормальних умов життя та д1яльност1 людей на окремш територп чи об'екп на тй або на водному об'екп внаслщок транспортно!' аварп (катастрофи), по-жеж1, вибуху, аварп з викиданням (загрозою викидан-ня) небезпечних х1м1чних, радюактивних 1 бюлопчно небезпечних речовин, раптового руйнування споруд; аварп в електроенергетичних системах, системах життезабезпечення, системах телекомушкацш, на очис-них спорудах, у системах нафтогазового промислового комплексу, пдродинам1чних аварш тощо.
1нформащя про aBTopiB:
Трегубенко Стaнiслaв Семенович, д-р вiйськових наук, професор, провiдний науковий ствробггник. Email: [email protected] Кубаль Руслан Володимирович, начальник Центрального управлшня забезпечення пальним та мастильними матерiалами. Email: [email protected]
Побережний Любомир Ярославович, д-р техн. наук, професор кафедри xiMii. Email: [email protected] Запухляк Василь Богданович, канд. техн. наук, доцент кафедри спорудження та ремонту газонафтопроводiв i газонафтосховищ. Email: [email protected]
Цитування за ДСТУ: Трегубенко С. С., Кубаль Р. В., Побережний Л. Я., Запухляк В. Б. Ризики транспортування енергоноспв у
зонах вШськових дш. Науковий вкник НЛТУ УкраТни. 2018, т. 28, № 2. С. 120-123. Citation APA: Tregubenko, S. S., Kubal, R. V., Poberezhny, L. Ya., & Zapukhlyak, V. В. (2018). Risks of Transportation of Energy Carriers in the Zone of Military Action. Scientific Bulletin of UNFU, 28(2), 120-123. https://doi.org/10.15421/40280222
Надзвичайна ситуащя природного характеру - пору-шення нормальних умов життя та дiяльностi людей на окремiй територп чи об'eктi на нiй або на водному об'екп, пов'язане з небезпечним геофiзичним, геолопч-ним, метеоролопчним або гiдрологiчним явищем, дег-радащею грунтiв чи надр, пожежею у природних еколо-гiчних системах, змшою стану повiтряного басейну, ш-фекцшною захворюванiстю та отруенням людей, шфек-цiйним захворюванням свiйських тварин, масовою за-гибеллю диких тварин, ураженням сшьськогосподарсь-ких рослин хворобами та шкодниками тощо.
Надзвичайна ситуацiя сощального характеру - пору-шення нормальних умов життя та дiяльностi людей на окремш територп чи об'екп на нiй або на водному об'екп, спричинене протиправними дiями терористич-ного й антиконституцiйного спрямування, або пов'язане iз зникненням (викраденням) збро! та небезпечних ре-човин, нещасними випадками з людьми тощо.
Надзвичайна ситуащя военного характеру - пору-шення нормальних умов життя та дiяльностi людей на окремiй територп чи об'екп на нш або на водному об'екп, спричинене застосуванням звичайно! збро! або збро! масового ураження, пiд час якого виникають вто-риннi чинники ураження населения, що 11 визначають в окремих нормативних документах (Shahriar, Sadiq & Tesfamariam, 2012; Yavorskyy, Karpash & Rybitskyy, 2011).
Сприйняття ризику терористичних загроз на потен-цiйно небезпечних об'ектах надзвичайних ситуацiй техногенного характеру е принципово вiдмiнним (Ya-vorskyy, Karpash & Rybitskyy, 2011). Так, якщо на ядер-них об'ектах система безпеки щодо загрози дш терорис-тичного характеру мае десятки рошв досвiду, то тру-бопроводи традицшно не розглядали як таи об'екти в Украíнi. Тепер, в умовах пбридних военних дiй, саме трансконтенинтальш газопроводи е одним з техногенно небезпечних об'екпв найвищого рiвия ризику щодо те-рористично! атаки.
Густа мережа нафто- та газопроводiв, протяжиiсть мапстральних газопроводiв в Украíнi 35,2 тис. км, наф-топроводiв - 3,9 тис. км, чотири великих нафтоперероб-т комбiнати (Дрогобицький, Кременчуцький, Лиси-чанський, Одеський) е потенцiйними об'ектами терористичних атак, що можуть спричинити iстотну загрозу техногенно! катастрофи.
Мета дослщження. Для оцiнювания потенцiйних ризик1в трубопровадного транспортування енергоносив необхiдио дослiдити поведшку матерiалу труб в умовах рiзких ациклiчних перевантажень. Одним iз найважли-вiших показник1в прогнозування роботи трубопроводу в режимi частково! функцiональностi буде живучють.
Результати дослiдження та 1х обговорення. За результатами проведених випробовувань, грунтуючись на к1нетичних кривих деформацп та користуючись розроб-леною методикою (Kryzhanivskyy & Poberezhnyy, 2004), визначено обласп низькочастотно! корозшнох втоми для основного металу та зварного з'еднання трубопроводiв.
Застосувавши деформацiйно-кiнетичне трактування процесу руйнування (Lugantsev & ЗДегпепко, 2015) та представивши, одержаиi експериментальш данi в натв-логарифмiчних координатах отримано залежиостi, як1 доволi добре описуються математично, а отже, !х мож-на використовувати для наступного прогнозування жи-вучостi нафтогазопроводiв у позаштатних ситуацiях
(рис. 1, 2). Так, для основного металу (сталь 20) похиб-ка методу не перевищуе 4 %, а для зварного з'еднання -1 %. Причому, на вадмшу вад випробовувань на повир^ одержанi результати дають змогу прогнозувати пове-дiнку основного металу трубопроводу на всьому розма-ху амплiтуд.
Рис. 1. Живучють основного металу в хлоридному корозивно-му середовищ1
50 ' 100 150 200 25о' Зоо' 35о' 400 450 500 Рис. 2. Живучють зварного з'еднання у хлоридному корозивно-му середовищ1
Складно прогнозована дiлянка в областi бiльше 380 МПа зникае. Це дасть змогу ще на стадп проекту-вання зробити коректний розрахунок експлуатацiйних ризишв як у зонi екстремальних (аваршних), так i в зонi робочих (експлуатацшних) навантажень шляхом моде-лювання аваршно! ситуацп та Г! насладив i, грунтуючись на розраховашй живучостi (стiйкостi переважно до зовшшшх навантажень та впливiв з боку навко-лишнього середовища пiд час виникнення i розвитку допустимих пошкоджень), розробити для кожного спрогнозованого випадку комплекс заходiв iз попере-дження позаштатно! (аваршно!) ситуацп та зведення експлуатацiйних ризик1в до прийнятного рiвня.
Табл. Тривал1сть останньо1 стадй" низькочастотно1 коро-
Основний метал Зварне з'еднання
а, МПа живучють, цикли а, МПа живучють, цикли
140 100000 100 4950
180 21000 180 2100
250 10200 280 460
310 6724 300 220
380 1050 350 120
420 120 400 65
Проанал1зувавши експериментальш даш, можемо зауважити, що живучють зварного з'еднання в корозив-ному середовищ! ютотно менша, шж в основного мета-лу (табл.), i в обласп експлуатацшних навантажень ця р1зниця становить в1д 10 до 30 раз1в.
Беручи до уваги, що в зош зварного з'еднання знач-но бшьша ймов1ршсть розвитку трщин внаслвдок де-фекпв зварювання та, в раз! пошкодження чи втрати герметичносп захисного покриття, утворення гальва-шчно! пари "основний метал - зварне з'еднання", яка вщчутно прискорюе переб1г корозшних процеав i, що найнебезпечшше, призводить до !х локал1зацИ, можемо зробити висновок про необхщшсть окремо! оцшки ри-зику для основного металу та зварного з'еднання. Адже проведеш рашше дослщження показали, що синерпчна д!я мехашчного та корозшного чинник1в призводить до зростання швидкосп корозп в десятки та сотш раз1в!
У таких умовах зафшсовано локальш корозшно-втомш ураження глибиною 10-15 мм, як утворювалися менш шж за рш. За наявносп таких глибоких пошко-джень надзвичайно важливо оцшити можливють та тер-мш безпечно! експлуатацп нафтогазопроводу з метою визначення черговосп проведення ремонтних робгг та заход1в !з вщновлення нормального його функцюнуван-ня i здшснення подальшо! безпечно! експлуатацп.
З рис. 2 випливае, що негомогенншсть зварного з'еднання (яке можна вважати композищею "зварний шов - зона терм1чного впливу") небезпечно зменшуе ошр корозшнш втом1 (Baxter, Maddox & Pargeter, 2007; Hrabovskyy, 2010) саме в обласп експлуатацшних навантажень, про що свщчить розходження усереднених кривих живучосп.
У такому режим! трубопровщ потр1бно експлуатува-ти штатно (тобто протягом планового ресурсу роботи), а одержан! результати свщчать про те, що зварне з'еднання в такому режим! е прше, шж у високоампль тудн!й обласп, створюючи додатков! експлуатац!йн! ризики. Результати дослщжень св!дчать, що живуч!сть е надзвичайно важливим критер!ем, адже довгов!чшсть зварного з'еднання та основного металу вщр!зняються незначно, i саме живучють дала змогу виявити прихова-m експлуатац!йн! небезпеки та додатков!, невраховаш ран!ше ризики, як можуть спричинити важк! авар!! та, як наслщок, завдати значно! шкоди довшллю. Особливо значною ця шкода може бути саме тд час авар!! тру-бопровод!в.
Тому потр!бно вести постшний пошук таких спещ-ал!зованих експлуатацшно ор!ентованих критер!!в та параметр!в, яш дадуть змогу яшсно!, а головне вчасно! (бажано ще на стад!! проектування) оц!нки експлуата-ц!йних ризишв, що допоможе вчасно розробити заходи з попередження авар!йних ситуац!й та зменшення ризишв до прийнятних.
Для спрощення i покращення прогнозування живу-чост! та експлуатац!йних ризишв пропонуемо предста-вити крив! живучосп основного металу та зварного з'еднання в об'еднаному вигляд! (рис. 3).
Така !нтерпретац!я дае змогу введення коеф!ц!ент!в, як дадуть змогу врахувати меншу довгов!чн!сть i бшь-шу схильн!сть до короз!йно-втомного руйнування зварного з'еднання та коректшше розраховувати i прогнозу-вати експлуатац!йн! ризики. Живучють основного металу описуемо р!внянням (1)
lgN = 46,2 - 0,009а (1)
зварного з'еднання
lgN = 4,41 - 0,00655ст. (2)
Взявши за основу залежшсть для основного металу шляхом нескладних математичних перетворень, отри-маемо залежшсть типу (3)
lgN = 46,2K - 0,009K2ct, (3)
де Ki та К2 дор!внюють ввдповцщо 0,0955 та 0,73. N, цикл
Рис. 3. Прогнозування живучосп у хлоридному корозивному середовищ1 (сталь 20, □ - основний метал, о - зварне з'еднання)
Це особливо важливо для стандартизацп iнженерних розрахуншв на стадп проектування пiд час перевiрення на ввдповвдшсть критерiям безпеки i надiйностi, а також для проведення усестороннього ризик-аналiзу та прогнозу експлуатацшних ризишв у штатних та позаштат-них режимах роботи, визначенш ресурсу (залишкового ресурсу) безпечно! експлуатацп, побудовi дерева ввд-мов i розробцi для кожного випадку комплексу кон-кретних заходiв iз мiнiмiзацi! експлуатацшних ризишв та попередження виникнення аварiйних ситуацiй (Pobe-rezhnyy, et al., 2013). Так! коефiцiенти дадуть змогу швидко, без тривалих випробовувань, закласти в проект трубопроводу необхiднi характеристики мщносп, на-д!йност! та довгов!чност!.
Висновки. Розробленi п!дходи покликанi спростити прогнозування експлуатацшних ризишв та забезпечити коректну оцшку залишкового ресурсу нафтогазопрово-д!в, як! експлуатують в умовах бойових дш Запропоно-ваний спос!6 потребуе подальшого вдосконалення у планi комплексного прогнозування живучосп, залишкового ресурсу та експлуатацшних ризишв. Необхщно створити шдходи, як! дадуть змогу достатньо коректно описувати агресивну дш корозивного середовища та математично пов'язати живучють i залишковий ресурс на повир! (за непошкодженого покриття) та в корозив-них середовищах шляхом введення вщповвдних коефь цiентiв.
Перелiк використаних джерел
Baxter, D. P., Maddox, S. J., & Pargeter, R. J. (2007). Corrosion fatigue behaviour of welded risers and pipelines. In ASME 2007 26th International Conference on Offshore Mechanics and Arctic Engineering, (pp. 117-124). American Society of Mechanical Engineers. Hrabovskyy, R. S. (2010). Otsinka resursnykh mozhlyvostey ma-histralnykh hazoprovodiv z ekspluatatsiynymy defektamy. Rozvid-ka ta rozrobka naftovykh ta hazovykh rodovyshch, 4(37), 71-82. [in Ukrainian].
Hybrid. (2009). Hybrid vs compound war. Retrieved from: http:/ar-
medforcesj ornal. com/2009/10/4198658/. Kryzhanivskyy, Ye. I., & Poberezhnyy, L. Ya. (2004). Metodolohiya doslidzhennya deformatsiyi ta ruynuvannya truboprovidnykh
system. Mekhanika ruynuvannya materialiv ta mitsnosti konstruktsiy: Materialy III mizhnarodnoyi konferentsiyi, (pp. 419424). [in Ukrainian].
Lugantsev, L. D., & Chernenko, M. O. (2015). Computer Monitoring of the Remaining Life of Tubular Elements of Structures. Chemical and Petroleum Engineering, 51(7-8), 548-553.
Poberezhnyy, L. Ya., Stanetskyy, A. I., Polutrenko, M. S., Ma-rushchak, P. O. (2013). Metodyka vyznachennya oblastey pidvyshchenoyi koroziynoyi ta biokoroziynoyi aktyvnosti yak skla-dovoyi kompleksnoho monitorynhu naftohazoprovodiv. Visnyk Skhidnoukrayinskoho natsionalnoho universytetu imeni Vo-lodymyra Dalya, 13, 161-166. [in Ukrainian].
Shahriar, A., Sadiq, R., & Tesfamariam, S. (2012). Risk analysis for oil & gas pipelines: A sustainability assessment approach using fuzzy based bow-tie analysis. Journal of Loss Prevention in the Process Industries, 25(3), 505-523.
https://doi.org/10.1016/j.jlp.2011.12.007 Yavorskyy, A. V., Karpash, O. M., & Rybitskyy, I. V. (2011). Pidkhody do vyyavlennya vytokiv hazu z liniynoyi chastyny ma-histral'nykh hazoprovodiv u zonakh heodynamichnoho ryzyku. Rozvidka ta rozrobka naftovykh ta hazovykh rodovyshch, 1, 113119. [in Ukrainian].
С. С. Трегубенко1, Р. В. Кубаль2, Л. Я. Побережный3, В. Б. Запухляк3
1 Центральный научно-исследовательский институт Вооруженных Сил Украины, г. Киев, Украина
2 Тыл Вооруженных Сил Украины, г. Киев, Украина 3 Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа, г. Ивано-Франковск, Украина
РИСКИ ТРАНСПОРТИРОВКИ ЭНЕРГОНОСИТЕЛЕЙ В ЗОНАХ ВОЕННЫХ ДЕЙСТВИЙ
Объем экономического ущерба от экологических катастроф, вызванных техногенными авариями во время боевых, часто довольно трудно подсчитать. В большинстве случаев дешевле и технологически проще восстановить населенный пункт или предприятие на новом месте. В соответствии с нормами действующего законодательства технологический терроризм - это преступления, совершаемые с террористической целью с применением ядерного, химического, бактериологического (биологического) и другого оружия массового поражения или компонентов, других вредных веществ для здоровья людей. В зависимости от характера происхождения событий, которые могут обусловить возникновение чрезвычайных ситуаций на территории Украины, определяют такие виды чрезвычайных ситуаций: а) техногенного характера; б) природного характера; в) социального характера; г) военного характера. Разработанные подходы призваны упростить прогнозирование эксплуатационных рисков и обеспечить корректную оценку остаточного ресурса нефтегазопроводов, эксплуатируемых в условиях боевых действий. По результатам проведенных испытаний, основываясь на кинетических кривых деформации и пользуясь разработанной методикой, определены области низкочастотной коррозионной усталости для основного металла и сварного соединения трубопроводов. Разработанные подходы призваны упростить прогнозирование эксплуатационных рисков и обеспечить корректную оценку остаточного ресурса нефтегазопроводов, эксплуатируемых в условиях боевых действий. Предложенный способ требует дальнейшего усовершенствования в плане комплексного прогнозирования живучести, остаточного ресурса и эксплуатационных рисков.
Ключевые слова: чрезвычайная ситуация; основной металл; сварные соединения; коррозионная середа.
S. S. Tregubenko1, R. V. Kubal2, L. Ya. Poberezhny3, V. В. Zapukhlyak3
1 Central Research Institute of the Armed Forces of Ukraine, Kyiv, Ukraine 2 Rear of the Armed Forces of Ukraine, Kyiv, Ukraine 3 Ivano-Frankivsk National Technical University of Oil and Gas, Ivano-Frankivsk, Ukraine
RISKS OF TRANSPORTATION OF ENERGY CARRIERS IN THE ZONE OF MILITARY ACTION
In accordance with the norms of the current legislation, technological terrorism is considered to be crimes committed with a terrorist purpose, using nuclear, chemical, bacteriological (biological) and other weapons of mass destruction or components, other substances harmful to human health, means of electromagnetic action, computer systems and communication networks, including seizure, decommissioning and the destruction of potentially hazardous objects that have created or threatened directly or indirectly by the occurrence of an emergency due to these actions; pose a danger to the personnel, the population and the environment; create conditions for accidents and catastrophes of anthropogenic nature. To assess the potential risks of pipeline transportation of energy carriers, it is necessary to investigate the behavior of pipe material in the conditions of sharp acyclic overloads. One of the most important indicators for predicting the operation of the pipeline in the mode of partial functionality is survivability. Applying the deformation-kinetic interpretation of the destruction process and presenting the experimental data obtained in semi-logarithmic coordinates, dependencies are described which are quite well described mathematically, and therefore can be used for the next forecasting of the survivability of oil and gas pipelines in extraordinary situations. So, for the base metal (steel 20) the error of the method does not exceed 4 %, and for the welded connection - 1 %. Moreover, unlike air trials, the obtained results enable us to predict the behavior of the main metal of the pipeline on the whole scale of the amplitudes. Taking into account that in the zone of welded joints, it is much more probable that cracks develop due to defects in welding and, in the event of damage to or loss of tightness of the protective coating, the formation of a galvanic vapor "basic metal-welded joint", which significantly accelerates the course of corrosion processes, and, which is most dangerous, leads to their localization, we can conclude that there is a need for a separate risk assessment for the base metal and welded joints. After all, previously conducted studies have shown that the synergistic effect of mechanical and corrosive factors leads to an increase in the rate of corrosion in tens and hundreds of times. The developed approaches are intended to simplify the forecasting of operational risks and to ensure a correct assessment of the residual life of oil and gas pipelines operated in the context of combat operations. The proposed method needs further improvement in terms of integrated prediction of viability, residual resource and operational risks. It is necessary to create approaches that will allow to correctly describe the aggressive effect of the corrosive environment and mathematically to link survivability and residual life in the air (under undamaged coverage) and in corrosive environments by introducing appropriate coefficients.
Keywords: emergency; base metal; welded joints; corrosive medium.
